DE68924913T2

DE68924913T2 - Gefrierverfahren vitaler körperflüssigkeiten.

Info

Publication number: DE68924913T2
Application number: DE68924913T
Authority: DE
Inventors: Barnet Liberman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2009-07-08
Also published as: MX164970B; US4840034A; AU4041289A; ATE130671T1; JPH03501489A; EP0413770A1; EP0413770A4; CA1302294C; EP0413770B1; WO1990000711A1; DE68924913D1

Description

Die Erfindung betrifft ganz allgemein Verfahren zum Gefrieren vitaler Körperflüssigkeiten und insbesondere ein Verfahren zum Gefrieren einer vitalen Körperflüssigkeit, bei dem eine Schädigung der Zellstruktur der Bestandteile der Flüssigkeit verhindert wird, um ihre Lebensfähigkeit zu erhalten.
Verfahren zum Gefrieren von lebebenswichtigen Körperflüssigkeiten wie Sperma, Eier, Zygoten, Blut oder dergleichen für deren Aufbewahrung und spätere Verwendung sind bekannt. Insbesondere werden vitale Körperflüssigkeiten häufig mit Hilfe von flüssigem Stickstoff gefroren, der eine Temperatur von -320,4ºF entsprechend -195,8ºC annehmen kann. Eine mit dieser Methode tiefgefrorene Körperflüssigkeit kann jedoch nicht über einen längeren Zeitraum auf einer solch tiefen Temperatur gehalten werden, weil sonst die Zellstruktur zerstört würde und die Lebensfähigkeit der Flüssigkeit nicht mehr gegeben wäre.
Die US-PS 4 601 909 (Nagoshi) vom 22. Juli 1986 beschreibt ein Verfahren zum Tiefkühlen von Fischereiprodukten. Bei diesem Verfahren wird eine Sole zubereitet, die Rapsöl, Propylenglykol, Kalziumchlorid und Wasser enthält; diese Sole wird gekühlt, worauf die Meeresfrüchte in die gekühlte Sole getaucht werden, bis sie gefroren sind. Dieses Verfahren verhindert oder verringert eine Zerstörung des Muskelgewebes und vermeidet eine Qualitätsbeeinflussung der Meeresfrüchte.
Ein ähnliches Verfahren zum Schnellgefrieren von Fleisch ist Gegenstand der US-PS 4 654 217 desselben Erfinders vom 31. März 1987. Das dort behandelte Verfahren entspricht im wesentlichen dem des früheren Patentes mit der Ausnahme, daß es für Rindfleisch, Geflügel, Schweinefleisch und dgl. vorgesehen ist.
In der US-PS 4 657 768 (Nagoshi) vom 14. April 1987, gegen die der Patentanspruch 1 abgegrenzt ist, wird ein Verfahren zum Tiefkühlen von leicht verderblichen Lebensmitteln beschrieben, gemäß dem die Lebensmittel in einen wärmeleitenden Behälter gelegt werden, dessen gegenüberliegende Oberfläche in Berührung mit einer gekühlten Sole oder einem verflüssigten Gas gebracht wird. Dadurch werden die leicht verderblichen Lebensmittel rasch tiefgefroren, ohne daß sie in die gekühlte Sole eingetaucht werden müssen.
Die US-PS 4 689 963 (Sakai) vom 1. September 1987 betrifft ein anderes Verfahren zur Tiefkühlung von Lebensmitteln. Bei diesem Verfahren werden die verderblichen Lebensmittel und eine Soleschicht in einen wärmeleitenden Behälter gegeben, dessen gegenüberliegende Seite einer Wärmeübertragung mit der gekühlten Sole ausgesetzt wird. Der Gefriervorgang erfolgt über die verderblichen Lebensmittel von dem Bereich aus, der in Kontakt mit der Sole ist, wobei die Gefahr verringert wird, daß Lebensmittel an der Behälterwand anhaften.
Keine dieser Patentschriften lehrt oder legt nahe, die Verfahren zu verwenden, um vitale Körperflüssigkeiten einzufrieren und dabei ihre Lebensfähigkeit über einen längeren Zeitraum zu erhalten. Es ist somit wünschenswert, über ein Verfahren zum Gefrieren von vitalen Körperflüssigkeiten wie Sperma, Eier, Zygoten, Blut und dergleichen zu verfügen, bei dem eine Beeinträchtigung der Zellstruktur der Flüssigkeit vermieden wird.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum schnellen Gefrieren von Körperflüssigkeiten zur Verfügung zu stellen, bei dem die Lebensfähigkeit der Flüssigkeit erhalten bleibt.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Gefrieren von Körperflüssigkeiten zu schaffen, bei dem die Flüssigkeit mit Hilfe einer Sole gekühlt wird, die Kruziferenöl enthält. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung soll die Zellstruktur der gekühlten Körperflüssigkeit nicht zerstört werden.
Eine weitere Aufgabe ist darin zu sehen, eine wirtschaftliche Methode zum Kühlen solcher Körperflüssigkeiten zur Verfügung zu stellen.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich teilweise von selbst, teilweise aus der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Verfahren ist Gegenstand des Patentanspruches 1.
Als erster Schritt in dem Verfahren zum Kühlen vitaler Körperflüssigkeiten gemäß der Erfindung wird eine Sole zubereitet, die ein geeignetes Öl, im allgemeinen Kruziferenöl enthält. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei Öl einer Pflanze der Gattung Brassica verwendet. Diese Öle umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Öl der Pflanze Brassica campestris, allgemein bekannt als Rapsöl, und Öl der Pflanze Brassica hirta, bekannt als Senföl.
Rapsöl hat seinen Stockpunkt bei 14ºF (-10ºC), ein spezifisches Gewicht von 0,915 bei 59ºF (15ºC), einen Brechungsindex von 1,4706 bei 122ºF (50ºC), eine Jodzahl von 98,6 und eine Verseifungszahl von 174,7. Das Öl enthält etwa 1 % Palmitinsäure, etwa 32 % Oleinsäure, etwa 15 % Linolsäure, ungefähr 1 % Linolensäure und ca. 50 % Erucasäure. Die angegebenen Prozentzahlen beziehen sich auf die Gesamtfettsäuren in dem Öl. Die einzige gesättigte Komponente des Öls ist Palmitinsäure, die 16 Kohlenstoffatome und ein Molekulargewicht von 256,4 hat.
Oleinsäure, auch bekannt als (Z)-9-Octadecansäure, hat 18 Kohlenstoffatome und ein Molekulargewicht von 282,5. Der Doppelbindungspunkt liegt zwischen dem 9. und 10. Kohlenstoffatom in der Kette. Das Molekül hat eine Cis-Form.
Linolsäure hat zwei Positionen der Ungesättigtheit oder Doppelbindung und ist auch bekannt als Cis, Cis-9,12-Octadecadiensäure. Diese Säure hat 18 Kohlenstoffatome und ein Molekulargewicht von 280,5.
Die Linolensäure hat drei Doppelbindungspositionen und ist bekannt als (Z,Z,Z)-9,12,15-Octadecatriensäure. Diese Säure hat 18 Kohlenstoffatome und ein Molekulargewicht von 278,4.
Die Erucasäure, ein Hauptbestandteil der Öle der Gattung Bras- sica, ist auch bekannt als (Z)-13-Docosansäure. Die Erucasäure hat 22 Kohlenstoffatome mit einer Doppelbindungsstelle und einem Molekulargewicht von 338,6.
Senföl ist ähnlich und hat ein spezifisches Gewicht von 0,9145 bei 59ºF (15ºC), einen Brechungsindex von 1,475 bei 122ºF (50ºC), eine Jodzahl von 102 und eine Verseifungszahl von 174. Senföl hat einen Anteil von 1,3 Gew.% Myristinsäure, etwa 27,2 Gew.% Oleinsäure, ca. 16,6 Gew.% Linolsäure, ungefähr 1,8 Gew.% Linolensäure, etwa 1,1 % Behensäure, ca. 1,0 % Lignocerinsäure und ca. 51,0 % Erucasäure.
Die einzige gesättigte Komponente von Senföl ist Myristinsäure. Die Myristinsäure, die auch als Tetradecansäure bekannt ist, hat 14 Kohlenstoffatome und ein Molekulargewicht von 228,4.
Die Behensäure ist auch bekannt als Docosansäure. Sie hat 22 Kohlenstoffatome und ein Molekulargewicht von 340,6. Die Lignocerinsäure, auch bekannt unter Tetracosansäure, hat 24 Kohlenstoffatome und ein Molekulargewicht von 368,6. Die weiteren Bestandteile des Senföls sind auch im Rapsöl enthalten und oben erläutert.
Das Öl wird in einer Menge von weniger als etwa 1 Gew.% verwendet, vorzugsweise weniger als ca. 0,8 Gew.% und besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 Gew.% der Sole.
Selbstverständlich können bei der Erfindung andere Öle als Rapsöl oder Senföl verwendet werden, insbesondere Kruziferenöle. Es können auch synthetische Öle zweckmäßig sein, die die erläuterten Eigenschaften haben. Die Art und Weise, in der die Öle wirken, wird weiter unten im einzelnen erläutert, wobei verständlich wird, daß auch andere Öle in zufriedenstellender Weise gemäß der Erfindung wirken und entsprechend ausgewählt werden können.
Zusätzlich zu dem Öl enthält die Sole im allgemeinen auch Glykol, ein anorganisches Salz und Wasser. Geeignete Glykole sind beispielsweise, ohne hierdurch eine Einschränkung zu machen, Ethylenglykol, Propylenglykol, Benzylenglykol, Butylenglykol, Diethylenglykol, Diphenylglykol, Ethylidenglykol oder dgl.. Jedes Glykol kann einzeln oder in Kombination mit den anderen Glykolen verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Propylenglykol eingesetzt. Der Glykolanteil beträgt zwischen 30 Gew.% und 50 Gew.% der Sole, vorzugsweise zwischen 35 Gew.% und 45 Gew.% und besonders bevorzugt etwa 40 Gew.%.
Die Salze, die gemäß der Erfindung sehr zweckmäßig sind, können ohne Beschränkung darauf Kalziumchlorid, Kalziumbromid, Kalziumjodid, Kaliumchlorid, Kaliumbromid, Kaliumjodid o. dgl. sein. In bevorzugter Weise wird Kalziumchlorid verwendet. Das Salz hat einen Anteil von zwischen ca. 5 Gew.% und 15 Gew.% der Sole, vorzugsweise zwischen etwa 7 Gew.% und 13 Gew.% und am zweckmäßigsten von etwa 10 Gew.%.
Der Wasseranteil liegt zwischen etwa 40 Gew.% und 60 Gew.%, vorzugsweise zwischen 45 Gew.% und 55 Gew.% und bevorzugt bei etwa 50 Gew.%.
Bei einem besonders bevorzugten Verfahren enthält die Sole zwischen 0,1 und 0,5 Gew.% Kruziferenöl, etwa 40 Gew.% Propylenglykol, etwa 10 Gew.% Kalziumchlorid und etwa 50 Gew.% Wasser. Das Kruziferenöl ist vorzugsweise Rapsöl oder Senföl.
Die Sole wird auf eine Temperatur abgekühlt, die zwischen -30ºC (-22ºF) und -42ºC (-43,6ºF) liegt. Gegenwärtig wird angenommen, daß sich als Ergebnis dieses Abkühlens feine Eiskristalle bilden, die sich bei dieser Temperatur gleichmäßig in der Sole verteilen. Sofern diese Annahme zutrifft, wird ferner davon ausgegangen, daß die Eiskristalle einen wirkungsvollen Kältetransport erlauben und eine Erhöhung der erwarteten Abkühlrate der in die Sole gegebenen Körperflüssigkeit zur Folge haben. Dadurch wird die Zeit für das Abkühlen der vitalen Körperflüssigkeit verringert. In einer bevorzugten Ausführungsform sind Mittel vorgesehen, über die die Wärme aus der Sole abgeführt werden kann, so daß deren Temperatur i.w. konstant bleibt, wenn die Körperflüssigkeit einem Wärmeaustausch mit der Sole ausgesetzt wird. Es wird angenommen, daß dabei die vitale Körperflüssigkeit schnell durch die Zone maximaler Eiskristallbildung hindurchtritt, d.h. zwischen etwa 23ºF und 31,1ºF (-5ºC und -0,5ºC), wodurch die Bildung von Eiskristallen, ein Zusammenbruch des Zellgewebes und eine Beeinträchtigung der Körperflüssigkeit auf ein Minimum reduziert werden.
Es wird angenommen, daß das Öl derjenige Bestandteil der Sole ist, der die Abkühlrate der vitalen Körperflüssigkeit erhöht, die dem Wärmeaustausch mit der gekühlten Sole ausgesetzt ist. Das Kruziferenöl ist somit eine wesentliche Komponente, obwohl sie in einer verhältnismäßig geringen Menge verwendet wird.
Die vitalen Körperflüssigkeiten werden mit bekannten Techniken gesammelt, um sie gemäß der Erfindung zu kühlen. Geeignete Körperflüssigkeiten, die für eine Lagerung gefroren werden können, sind beispiesweise Sperma, Eier, Zygoten, Blut oder dergleichen. Die aufgefangenen Körperflüssigkeiten werden in geeigneten, wärmeleitenden Behältern, beispielsweise Kunststoffbeuteln oder dergleichen, aufbewahrt. Selbstverständlich beschränkt sich der Zweck der Erfindung nicht auf die genannten Körperflüssigkeiten oder auf die Behälter, in denen diese aufbewahrt werden.
Die vitale Körperflüssigkeit wird dadurch gefroren, daß der wärmeleitende Behälter mit der Körperflüssigkeit einem Wärmeaustausch mit der gekühlten Sole ausgesetzt wird. Der Behälter kann dem Wärmeaustausch dadurch ausgesetzt werden, daß er in die gekühlte Sole getaucht wird. Alternativ kann der Behälter in einen wärmeleitenden Tiegel oder Trog gelegt werden, der in Kontakt mit der gekühlten Sole gebracht wird. Bei einer weiteren Alternative für den Wärmeaustausch zwischen dem die Körperflüssigkeit enthaltenden, wärmeleitenden Behälter und der gekühlten Sole kann der Behälter in einen wärmeleitenden Tiegel oder Trog gelegt werden, der eine geringe Menge Sole enthält und der dann seinerseits einem Wärmeaustausch mit gekühlter Sole ausgesetzt wird. Obwohl der genaue Zeitbedarf zum Kühlen der Körperflüssigkeit von deren Menge und in einem geringeren Maß von der Art des die Körperflüssigkeit auf nehmenden Behälters abhängt, kann angegeben werden, daß bis zu etwa ½ Pint (etwa 0,24 l) Körperflüssigkeit meistens innerhalb von etwa ½ Minute bis 2 Minuten gekühlt werden kann.
Vitale Körperflüssigkeiten, die nach dem beschriebenen Verfahren gekühlt werden, werden nicht wesentlich beeinträchtigt und können über längere Zeit gelagert werden. Nach dem Auftauen der gefrorenen Flüssigkeit, das vorzugsweise rasch durchgeführt werden soll, kann die Flüssigkeit so verwendet werden, als wäre sie nie eingefroren gewesen. Das Einfrieren von Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut, ist außerdem sehr nützlich, um kälteempfindliche Viren und andere, in der Flüssigkeit enthaltene Organismen zu inaktivieren. Beispiele für kälteempfindliche Viren, die mit Hilfe dieses Verfahrens inaktiviert werden können, sind das HIV Virus, oder AIDS erzeugt, oder Hepatitisviren.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die eingangs erläuterten Ziele in wirkungsvoller Weise erreicht werden sind.

Claims

1. Verfahren zum Gefrieren eines Teils eines Organismus, wobei

- eine Sole zubereitet wird, die eine geringe Menge eines Kruziferenöls enthält,

- die Sole auf eine Temperatur abgekühlt wird, die zwischen -30º C (-22ºF) und -420ºC (-43,6ºF) liegt,

- der genannte Teil des Organismus in einen Wärmetauschbehälter gegeben wird und

- der Wärmetauschbehälter einem Wärmeaustausch mit der gekühlten Sole über eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die ausreicht, um Kälte von der gekühlten Sole auf den Teil des Organismus zu übertragen und diesen zu gefrieren,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Teil des Organismus eine vitale Körperflüssigkeit wie Sperma, Eier, Zygoten, Blut o. dgl. ist, deren Lebensfähigkeit über einen längeren Zeitraum erhalten bleiben soll,

- die Zeitspanne für den Wärmeaustausch zwischen ½ Minute und 2 Minuten beträgt und

- des Kruziferenöl in einer Menge zwischen 0,1 und 0,5 Gew % der Sole verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl einer Pflanze der Gattung Brassica entnommen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aus der Gruppe ausgewählt ist, die Rapsöl, Senföl oder deren Mischungen enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl Erucasäure als die einzige große Komponente enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl weniger als 2% gesättigte Bestandteile hat.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sole ferner Glykol, ein anorganisches Salz und Wasser enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Glykol Propylenglykol ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Glykol in einem Anteil zwischen etwa 30 und 50 Gew.% der Sole verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz Kalziumchlorid ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz in einem Anteil zwischen 5 und 15 Gew.% der Sole verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in einem Anteil zwischen 40 und 60 Gew.% der Sole verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vitale Körperflüssigkeit einem Wärmeaustausch mit der gekühlten Sole dadurch unterworfen wird, daß der Wäremtauschbehälter mit der darin enthaltenen Körperflüssigkeit in einem Wärmeübertragungstrog gegeben wird, der der gekühlten Sole ausgesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vitale Körperflüssigkeit einem Wärmeaustausch dadurch unterworfen wird, daß der Wärmetauschbehälter mit der darin enthaltenen Körperflüssigkeit in einen Wärmeübertragungstrog, der mit ausreichend Sole gefüllt ist, um wenigstens den Boden des Troges zu bedecken, gegeben und in Wärmeaustausch mit der gekühlten Sole gebracht wird.